ES2928725T3 - Colector de corriente de electrodo positivo, placa de electrodo positivo, dispositivo electroquímico y aparato eléctrico que incluye el dispositivo electroquímico - Google Patents

Colector de corriente de electrodo positivo, placa de electrodo positivo, dispositivo electroquímico y aparato eléctrico que incluye el dispositivo electroquímico Download PDF

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Abstract

La presente solicitud describe un colector de corriente de electrodo positivo, una placa de electrodo positivo, un dispositivo electroquímico y un aparato eléctrico que incluye el dispositivo electroquímico. El colector de corriente de electrodo positivo comprende una capa conductora de metal y una capa de activación de bloqueo de sobrecarga dispuesta sobre una superficie de la capa conductora de metal. La capa de activación de bloqueo de sobrecarga comprende un material de activación de bloqueo de sobrecarga, un material adhesivo y un material conductor, en el que el material de activación de bloqueo de sobrecarga comprende un azúcar esterificado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Colector de corriente de electrodo positivo, placa de electrodo positivo, dispositivo electroquímico y aparato eléctrico que incluye el dispositivo electroquímico
Campo técnico
La presente solicitud pertenece al campo técnico de los dispositivos de almacenamiento de energía y, específicamente, se refiere a un colector de corriente de electrodo positivo, un electrodo positivo, un dispositivo electroquímico y un equipo eléctrico que comprende el dispositivo electroquímico.
Antecedentes
Los dispositivos electroquímicos con baterías secundarias de iones de litio como representantes se basan principalmente en la migración de vaivén de iones activos entre el material activo de electrodo positivo y el material activo de electrodo negativo para la carga y descarga. Los dispositivos electroquímicos pueden proporcionar una tensión y corriente estables durante su uso y son ecológicos y respetuosos con el medio ambiente durante su uso, por lo que estos se usan ampliamente en diversos equipos eléctricos, tales como teléfonos móviles, tabletas, ordenadores portátiles, bicicletas eléctricas, coches eléctricos, etc.
Aunque los dispositivos electroquímicos benefician a la humanidad, sus problemas de seguridad, tales como los incendios y explosiones, durante el proceso de carga también se producen de vez en cuando, lo que representa una gran amenaza para la vida de las personas y la seguridad de la propiedad. Por lo tanto, la forma de mejorar el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico se ha convertido en un problema técnico urgente que se ha de resolver. El documento WO2019/091392 describe un colector de corriente de electrodo positivo, que comprende: una capa conductora de metal, un recubrimiento de seguridad, conocido como "capa de PCT", que comprende un material aglutinante y un material conductor.
El documento WO2018/147390 describe una placa de electrodo de batería secundaria no acuosa, que comprende un colector de corriente y una capa conductora formada sobre el colector de corriente. La capa conductora formada sobre el colector de corriente comprende un componente de función de PTC, que se funde en caso de un aumento instantáneo de la temperatura suprimiendo un desbordamiento térmico de la batería.
El documento JP2011192568 describe una composición de electrolito en la que se añade celulosa esterificada al electrolito.
El documento JP2003123724 describe un separador para una batería secundaria, comprendiendo el separador una membrana porosa compuesta de celulosa cuyos grupos hidroxilo están al menos parcialmente esterificados.
La patente europea EP0932212 describe una batería secundaria de electrolito no acuosa cuya capa de material activo contiene un derivado de celulosa como aglutinante.
Compendio
Un primer aspecto de la presente solicitud proporciona un colector de corriente de electrodo positivo, que incluye: una capa conductora de metal; una capa de activación de bloqueo de sobrecarga dispuesta sobre la superficie de la capa conductora de metal, incluyendo la capa de activación de bloqueo de sobrecarga un material de activación de bloqueo de sobrecarga, un material aglutinante y un material conductor, en donde el material de activación de bloqueo de sobrecarga incluye un sacárido esterificado.
Un segundo aspecto de la presente solicitud proporciona una placa de electrodo positivo que incluye el colector de corriente de electrodo positivo según el primer aspecto de la presente solicitud; una capa de material activo de electrodo positivo dispuesta sobre la superficie de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga que se orienta en dirección opuesta a la capa conductora de metal.
Un tercer aspecto de la presente solicitud proporciona un dispositivo electroquímico que incluye la placa de electrodo positivo según el segundo aspecto de la presente solicitud, una placa de electrodo negativo y un separador.
Un cuarto aspecto de la presente solicitud proporciona un equipo eléctrico que incluye el dispositivo electroquímico según el tercer aspecto de la presente solicitud.
En comparación con la técnica anterior, la presente solicitud tiene al menos los siguientes efectos beneficiosos:
mediante el uso del colector de corriente de electrodo positivo proporcionado en las realizaciones de la solicitud, que incluye una capa conductora de metal y una capa de activación de bloqueo de sobrecarga dispuesta sobre la superficie de la capa conductora de metal, incluyendo la capa de activación de bloqueo de sobrecarga un material de activación de bloqueo de sobrecarga de sacárido esterificado, en caso de que se sobrecargue un dispositivo electroquímico, incluyendo el colector de corriente de electrodo positivo, la corriente de carga se puede interrumpir a tiempo, previniendo de manera eficaz el desbordamiento térmico del dispositivo electroquímico y evitando problemas de seguridad, tales como incendios y explosiones, y mejorando, por tanto, el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico. El equipo eléctrico de la presente solicitud incluye dicho dispositivo electroquímico y, por tanto, tiene al menos las mismas ventajas que el dispositivo electroquímico.
Descripción de los dibujos
Con el fin de explicar las soluciones técnicas de las realizaciones de la presente solicitud con más claridad, a continuación, se presentarán brevemente los dibujos que se necesitan usar en las realizaciones de la presente solicitud. Una persona con experiencia habitual en la técnica puede obtener otros dibujos basándose en estos dibujos sin un trabajo creativo.
La Fig. 1 es un diagrama esquemático de la estructura de un colector de corriente de electrodo positivo según una realización de la presente solicitud.
La Fig. 2 es un diagrama esquemático de la estructura de un colector de corriente de electrodo positivo según otra realización de la presente solicitud.
La Fig. 3 es un diagrama esquemático de la estructura de una placa de electrodo positivo según una realización de la presente solicitud.
La Fig. 4 es un diagrama esquemático de la estructura de una placa de electrodo positivo según otra realización de la presente solicitud.
La Fig. 5 es un diagrama esquemático de la estructura de una placa de electrodo positivo según otra realización más de la presente solicitud.
La Fig. 6 es un diagrama esquemático de una realización de una batería de iones de litio.
La Fig. 7 es una vista en despiece de la Fig. 6.
La Fig. 8 es un diagrama esquemático de una realización de un módulo de batería.
La Fig. 9 es un diagrama esquemático de una realización de un paquete de baterías.
La Fig. 10 es una vista en despiece de la Fig. 9.
La Fig. 11 es un diagrama esquemático de una realización de un equipo eléctrico que usa la batería de iones de litio como fuente de alimentación.
La Fig. 12 es un gráfico de tensión-temperatura-tiempo de la batería secundaria de iones de litio del Ejemplo 1. La Fig. 13 es un gráfico de tensión-temperatura-tiempo de la batería secundaria de iones de litio del Ejemplo comparativo 1.
Descripción detallada
Con el fin de hacer más evidente el fin, las soluciones técnicas y los efectos técnicos beneficiosos de la presente solicitud, la presente solicitud se describirá adicionalmente con más detalle, a continuación, junto con las realizaciones. Se debe entender que las realizaciones descritas en la presente memoria descriptiva son únicamente para la explicación de la solicitud, sin intención de limitar la solicitud.
Por razones de brevedad, en la presente memoria, únicamente se describen explícitamente determinados intervalos numéricos. Sin embargo, cualquier límite inferior se puede combinar con cualquier límite superior para formar un intervalo que no se describe explícitamente; y cualquier límite inferior se puede combinar con otros límites inferiores para formar un intervalo no especificado y cualquier límite superior se puede combinar con cualquier otro límite superior para formar un intervalo no especificado. Además, aunque no se especifique explícitamente, cada punto o valor individual entre los extremos del intervalo se incluye en el intervalo. Por tanto, cada punto o valor individual se puede combinar con cualquier otro punto o valor individual o combinar con otros límites inferiores o superiores para formar un intervalo que no se especifica explícitamente.
En la descripción de la presente memoria, se debe señalar que, a menos que se especifique otra cosa, un intervalo numérico descrito con la expresión "por encima" o "por debajo" incluye el propio límite inferior o superior y "más" en "un/a o más" significa dos o más.
El compendio anterior de la presente solicitud no está destinado a describir cada realización descrita o cada implementación en la presente solicitud. La siguiente descripción ilustra realizaciones de ejemplo más específicamente. En muchas partes a lo largo de la solicitud, se proporciona una guía a través de una serie de ejemplos, que se pueden usar en diversas combinaciones. En cada caso, la enumeración es únicamente un grupo representativo y no se debe interpretar como exhaustiva.
Colector de corriente de electrodo positivo
Las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un colector de corriente de electrodo positivo que puede mejorar el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de un dispositivo electroquímico.
La Fig. 1 y la Fig. 2 proporcionan ejemplos de un colector de corriente de electrodo positivo 10, respectivamente. Con referencia a la Fig. 1 y la Fig. 2, el colector de corriente de electrodo positivo 10 comprende una capa conductora de metal 101 y una capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 dispuesta sobre la superficie de la capa conductora de metal 101. Como ejemplo, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se puede disponer sobre una cualquiera de las dos superficies opuestas de la capa conductora de metal 101 en la dirección de su espesor (véase la Fig. 1) o sobre ambas superficies opuestas de la capa conductora de metal 101 (véase la Fig. 2).
La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 comprende un material de activación de bloqueo de sobrecarga, un material aglutinante y un material conductor, en donde el material de activación de bloqueo de sobrecarga incluye un sacárido esterificado.
En el colector de corriente de electrodo positivo 10 de las realizaciones de la presente solicitud, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se dispone sobre la superficie de la capa conductora de metal 101 y comprende un material de activación de bloqueo de sobrecarga de sacárido esterificado, un material aglutinante y un material conductor. En el entorno de trabajo normal de un dispositivo electroquímico, las propiedades físicas y químicas del material de activación de bloqueo de sobrecarga de sacárido esterificado son estables y el material conductor forma una red conductora continua, de modo que la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 tenga una resistencia relativamente pequeña, garantizando una buena conductividad eléctrica del colector de corriente de electrodo positivo 10. Cuando el dispositivo electroquímico está sobrecargado, el material de activación de bloqueo de sobrecarga de sacárido esterificado puede experimentar una reacción química a alta temperatura (> 60 °C) y alta tensión (> 4,8 V, con respecto al potencial de metal de litio), lo que da como resultado cambios en la estructura física del material. Esto hará que las partículas de material conductor en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se separen, lo que conducirá a la rotura y destrucción de la red conductora, de modo que la resistencia de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 aumente bruscamente. Como resultado, la corriente de carga se interrumpe a tiempo, previniendo de manera eficaz el desbordamiento térmico del dispositivo electroquímico, evitando problemas de seguridad, tales como incendios y explosiones, y mejorando, por tanto, el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 logra el fin de desconectar la red conductora e interrumpir la corriente de carga de forma diferente a la expansión de volumen debido al cambio de cristalinidad del material de activación de bloqueo de sobrecarga a alta temperatura. La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 tiene una fiabilidad relativamente alta, debido a que, siempre que la temperatura y la tensión de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 alcancen el umbral mencionado anteriormente (es decir, la temperatura de > 60 °C; la tensión de > 4,8 V, con respecto al potencial de metal de litio), la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 experimenta una reacción química rápida, lo que causa la rotura y destrucción de la red conductora, de modo que la corriente de carga se interrumpa a tiempo. Por el contrario, únicamente se producen cambios físicos a altas temperaturas, en el caso de los materiales que cambian de cristalinidad, para causar una expansión de volumen. Los cambios físicos se ven influenciados en gran medida por el proceso de preparación del recubrimiento de material y el proceso de preparación del dispositivo electroquímico. Por ejemplo, la cristalinidad de los materiales se ve influenciada por la temperatura y la velocidad de recubrimiento del proceso de preparación del recubrimiento de material, el electrolito en el dispositivo electroquímico y similares. Estas influencias son incontrolables. Cuando un dispositivo electroquímico se sobrecarga, el material probablemente no esté activado, de modo que la corriente de carga no se pueda interrumpir a tiempo, lo que causa posibles peligros para la seguridad.
Preferiblemente, el sacárido esterificado tiene un grupo éster en el anillo de sacárido (o anillo de azúcar). En otras palabras, se esterifica más de un grupo hidroxilo secundario en el anillo de sacárido del sacárido. Después de una investigación intensiva y a largo plazo, el inventor ha hallado que, en comparación con un sacárido que tiene un grupo éster en la cadena lateral del anillo de sacárido, un sacárido esterificado que tiene un grupo éster en el anillo de sacárido tiene una alta sensibilidad de respuesta a altas temperaturas (> 60 °C) y alta tensión (> 4,8 V, con respecto al potencial de metal de litio), de modo que la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 pueda responder rápidamente e interrumpir la corriente de carga, mejorando, de este modo, mejor el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
En el colector de corriente de electrodo positivo 10 de las realizaciones de la presente solicitud, el sacárido esterificado puede ser uno o más de un sacárido esterificado monoesterificado y un sacárido poliesterificado. El sacárido esterificado monoesterificado, es decir, los productos monoesterificados de sacárido, se refiere a un producto en el que un átomo de hidrógeno de un grupo hidroxilo en el sacárido se reemplaza por un grupo acilo y, preferiblemente, incluye un producto en el que un átomo de hidrógeno de un grupo hidroxilo secundario en el anillo de sacárido en el sacárido se reemplaza por un grupo acilo. El sacárido poliesterificado, es decir, los productos poliesterificados de sacárido, se refiere a un producto en el que los átomos de hidrógeno de dos o más grupos hidroxilo en el sacárido se reemplazan por grupos acilo y, preferiblemente, el producto tiene un grupo éster en el anillo de sacárido. En algunas realizaciones preferidas, el sacárido esterificado incluye un producto de esterificación del sacárido en el que se esterifican dos o más grupos hidroxilo y se retiene una cantidad predeterminada de grupos hidroxilo. Los grupos hidroxilo residuales en el sacárido esterificado pueden promover la activación del material de activación de bloqueo de sobrecarga de sacárido esterificado en condiciones de alta temperatura y alta tensión y, por tanto, bloquear la corriente de sobrecarga a tiempo, mejorando, de este modo, el rendimiento y la fiabilidad de la seguridad contra sobrecargas. Además, los grupos hidroxilo en la cantidad predeterminada mencionada anteriormente incluyen grupos hidroxilo en el anillo de sacárido.
Después de la monoesterificación o la poliesterificación, el sacárido forma el resto de sacárido del sacárido esterificado. El sacárido puede ser uno o más de monosacáridos, oligosacáridos, polisacáridos, aminoazúcares, alcoholes de azúcar, desoxiazúcares y ácidos urónicos. Por ejemplo, el sacárido es uno o más de monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos. Por ejemplo, el sacárido es uno o más de oligosacáridos y polisacáridos.
Los monosacáridos incluyen, por ejemplo, uno o más de ribosa, xilosa, galactosa, manosa, glucosa y fructosa. Los oligosacáridos comprenden de 2 a 10 unidades de monosacárido, por ejemplo, incluyen uno o más de maltosa, lactosa, sacarosa, celooligosacáridos con un grado de polimerización de 2 a 10, maltotriosa, maltotetraosa, maltopentaosa, maltohexaosa, isomaltosa, isomaltotriosa, panosa, manotriosa y ciclodextrina que contiene menos de o igual a 10 unidades de monosacárido. La ciclodextrina que contiene menos de o igual a 10 unidades de monosacárido es, por ejemplo, a-ciclodextrina, p-ciclodextrina y Y-ciclodextrina.
Los polisacáridos comprenden más de 10 unidades de monosacárido, preferiblemente más de 10 y menos de o igual a 500 unidades de monosacárido. Los polisacáridos incluyen, por ejemplo, uno o más de almidón, celulosa, quitosano y ciclodextrina que contiene más de 10 unidades de monosacárido.
Los aminoazúcares son, por ejemplo, sacáridos obtenidos mediante el reemplazo de parte de los grupos hidroxilo de los monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos mencionados anteriormente con grupos amino. La parte de grupos hidroxilo mencionada anteriormente tiene un número de grupos mayor de o igual a 1.
Los alcoholes de azúcar son, por ejemplo, sorbitol, manitol, maltitol, lactitol, xilitol y similares.
Los desoxiazúcares son, por ejemplo, sacáridos obtenidos mediante el reemplazo de parte de los grupos hidroxilo de los monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos mencionados anteriormente con átomos de hidrógeno. La parte de grupos hidroxilo mencionada anteriormente tiene un número de grupos mayor de o igual a 1.
Los ácidos urónicos son, por ejemplo, sacáridos obtenidos mediante la oxidación de grupos hidroxilo primarios de los monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos mencionados anteriormente con grupos carboxilo.
En algunas realizaciones preferidas, el sacárido se selecciona de uno o más de glucosa, celooligosacáridos, ciclodextrina, celulosa y quitosano. Más preferiblemente, el sacárido se selecciona de uno o más de glucosa, celooligosacáridos con un grado de polimerización de 2 a 10, ciclodextrinas que contienen de 6 a 10 unidades de monosacárido, celulosas con un grado de polimerización de 10 a 500 y quitosanos con un grado de polimerización de 10 a 500.
En algunas realizaciones preferidas, el grupo acilo preferiblemente incluye uno o más de los grupos acilo representados mediante la Fórmula 1 a la Fórmula 6:
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(Fórmula 4) (Fórmula 5) (Fórmula 6) en donde R1, R2 , R3 , R4 , R5 , R6 y R7 son independientemente un átomo de hidrógeno, grupo alifático insaturado, grupo alifático saturado o grupo aromático, R8 es -(CH2)n- y 0 < n < 8. El grupo alifático insaturado comprende grupos alifáticos insaturados de cadena y grupos alifáticos cíclicos, tales como grupos alquenilo de cadena o cíclicos con 2 a 12 átomos de carbono y grupos alquinilo de cadena o cíclicos de 2 a 12 átomos de carbono. Por ejemplo, el grupo alifático insaturado se selecciona de uno o más de etenilo, 1-propenilo, 2-metilpropenilo, 1-butenilo, 2-butenilo, 3-butenilo, 1-propinilo, 2-propinilo, ciclobutenilo, ciclopentenilo y ciclohexenilo.
El grupo alifático saturado comprende un grupo alifático saturado de cadena y un grupo alifático saturado cíclico. El grupo alifático saturado de cadena es, por ejemplo, un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada con 1 a 12 átomos de carbono, tal como el seleccionado de uno o más de metilo, etilo, propilo, isopropilo, butilo, isobutilo, pentilo, isopentilo, hexilo y los isómeros de los mismos. El grupo alifático saturado cíclico es, por ejemplo, un grupo alquilo cíclico que tiene de 3 a 15 átomos de carbono, con o sin cadena lateral, tal como el seleccionado de uno o más de ciclopropilo, ciclobutilo, ciclopentilo y ciclohexilo.
El grupo aromático se selecciona, por ejemplo, de uno o más de 1-bencilo, 1 -fenetilo y similares.
En la Fórmula 6, n es, por ejemplo, 1,2, 3, 4, 5 o 6.
En algunas realizaciones preferidas, el grupo acilo se selecciona de uno o más de Fórmula 1, Fórmula 2 y Fórmula 5. El grupo acilo es, más preferiblemente, Fórmula 2, es decir, se prefieren los sacáridos esterificados con carbonato. Además, R1 se selecciona de uno o más de metilo, etilo, propilo e isopropilo y R2 , R5 y R6 son independientemente cada uno un átomo de hidrógeno, metilo, etilo, propilo o isopropilo. El sacárido esterificado que tiene estos grupos acilo tiene una mejor reactividad a alta temperatura (> 60 °C) y alta tensión (> 4,8 V, con respecto al potencial de metal de litio) y una mayor sensibilidad de respuesta cuando el dispositivo electroquímico está sobrecargado, de modo que la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 responda rápidamente e interrumpa la corriente de carga, mejorando, de este modo, adicionalmente, el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
El donador del grupo acilo puede ser los correspondientes ácidos carboxílicos, ácidos inorgánicos que contienen oxígeno, haluros de ácido, anhídridos ácidos, carbonatos, sulfonatos o fosfatos. El haluro de ácido es, por ejemplo, un cloruro de ácido. Mediante el control de la relación molar del sustrato de reacción de los sacáridos y el donador del grupo acilo, generalmente, se puede garantizar que una cantidad predeterminada de grupos hidroxilo se retengan en el anillo de sacárido del sacárido esterificado.
En algunas realizaciones preferidas, el material de activación de bloqueo de sobrecarga puede comprender uno o más productos de poliesterificación de monosacáridos, productos de poliesterificación de oligosacáridos y productos de poliesterificación de polisacáridos. Además, el material de activación de bloqueo de sobrecarga puede incluir uno o más de productos poliesterificados de oligosacáridos y productos poliesterificados de polisacáridos. Es más, los productos de poliesterificación son preferiblemente carbonatos. Además, el producto de poliesterificación contiene una cantidad predeterminada de grupos hidroxilo en el anillo de sacárido.
Como ejemplo, el material de activación de bloqueo de sobrecarga se puede seleccionar de uno o más de pentaacetato de glucosa, éster de etilo de glucosa-1,6-difosfato (por ejemplo, glucosa-1,6-di(fosfato de etilo)), éster de metilo de glucosa-1,6-dicarbonato (por ejemplo, glucosa-1,6-di(carbonato de metilo)), acetato de p-ciclodextrina, carbonato de p-ciclodextrina, fosfato de p-ciclodextrina, carbonato de metilo de celulosa, carbonato de etilo de celulosa, fosfato de metilo de celulosa, fosfato de etilo de celulosa, carbonato de metilo de quitosano, carbonato de etilo de quitosano, fosfato de metilo de quitosano y fosfato de etilo de quitosano.
El material aglutinante en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 puede ser un material aglutinante con buena resistencia a altas temperaturas. El material aglutinante comprende preferiblemente uno o más de fluoruro de polivinilideno (PVDF, por sus siglas en inglés), copolímero de fluoruro de vinilideno-hexafluoropropileno (PVDF-HFP, por sus siglas en inglés), poliuretano, poliacrilonitrilo (PAN), poliimida (PI), resina de epoxi, resina de silicona orgánica, copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA, por sus siglas en inglés), caucho de estireno-butadieno (SBR, por sus siglas en inglés), caucho de estireno-acrílico, ácido poliacrílico (PAA, por sus siglas en inglés), copolímero de ácido acrílicoacrilato y copolímero de etileno-acrilato (EMA, por sus siglas en inglés). El material aglutinante tiene una estabilidad térmica relativamente alta, lo que resulta beneficioso para mejorar la estabilidad de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 durante el funcionamiento normal del dispositivo electroquímico; y esto puede garantizar una alta fuerza de unión entre la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 y la capa conductora de metal 101.
El material conductor en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 puede comprender uno o más materiales conductores de metal, materiales conductores basados en carbono y materiales de polímeros conductores.
Los materiales conductores de metal comprenden, por ejemplo, uno o más de aluminio, aleación de aluminio, cobre, aleación de cobre, níquel, aleación de níquel, titanio y plata.
Los materiales conductores basados en carbono comprenden, por ejemplo, uno o más de negro Ketjen, microesferas de carbono de mesofase, carbono activado, grafito, negro de carbono conductor, negro de acetileno, fibra de carbono, nanotubos de carbono y grafeno.
Los materiales de polímeros conductores comprenden, por ejemplo, uno o más de nitruros de poliazufre, polímeros conjugados alifáticos, polímeros conjugados de anillos aromáticos y polímeros conjugados heterocíclicos aromáticos. El polímero conjugado alifático es, por ejemplo, poliacetileno. El polímero conjugado de anillo aromático es, por ejemplo, uno o más de polifenileno y polinaftaleno. El polímero conjugado heterocíclico aromático es, por ejemplo, uno o más de polipirrol, poliacetileno, polianilina, politiofeno y polipiridina. La conductividad del material de polímero conductor también se puede mejorar mediante la modificación por dopaje.
En algunas realizaciones preferidas, en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102, el porcentaje en masa del material de activación de bloqueo de sobrecarga es del 25 % al 45 %, el porcentaje en masa del material aglutinante es del 35 % al 60 % y el porcentaje en masa del material conductor es del 6 % al 20 %. Tal capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 tiene una baja resistencia y puede mejorar de manera eficaz el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
Más preferiblemente, en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102, el porcentaje en masa del material de activación de bloqueo de sobrecarga es del 30 % al 40 %, el porcentaje en masa del material aglutinante es del 45 % al 55 % y el porcentaje en masa del material conductor es del 6 % al 10 %.
En algunas realizaciones preferidas, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 también puede comprender materiales auxiliares. Los materiales auxiliares son materiales que tienen buena afinidad con el material de activación de bloqueo de sobrecarga, el material aglutinante y el material conductor. Los materiales auxiliares pueden mejorar la compatibilidad y afinidad del material de activación de bloqueo de sobrecarga, el material aglutinante y el material conductor entre sí, mejorando, de este modo, la uniformidad de dispersión del material de activación de bloqueo de sobrecarga y el material conductor en el material aglutinante y la planitud de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 y reduciendo los defectos, tales como picaduras en la capa. Esto puede mejorar la protección global de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102. Cuando el dispositivo electroquímico está sobrecargado, el material de activación de bloqueo de sobrecarga responderá en cualquier punto del colector de corriente de electrodo positivo 10, previniendo posibles peligros para la seguridad causados por fugas de electricidad entre la capa de material activo de electrodo positivo 20 (véanse las Fig. 3 a Fig. 5) y la capa conductora de metal 101. Además, el material de activación de bloqueo de sobrecarga y el material conductor se dispersan uniformemente en el material aglutinante, de modo que el material conductor forme una red conductora uniforme y continua, garantizando una resistencia relativamente baja de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 durante la carga y descarga normales y un rendimiento relativamente bueno (tal como el rendimiento del ciclo) del dispositivo electroquímico.
Los materiales auxiliares comprenden preferiblemente uno o más de carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na), agentes de acoplamiento de silano (tales como viniltrimetoxisilano), agentes de acoplamiento de titanato, organopolisiloxanos, complejo de éster de ácido graso de alcohol superior, éter de polioxietilen polioxipropilen pentaeritritol, éter de polioxietilen polioxipropanol amina, éter de polioxipropilen glicerol y éter de polioxipropilen polioxietilen glicerol. El agente de acoplamiento de titanato es, por ejemplo, titanato de di(dioctilpirofosfato)etileno. El organopolisiloxano es, por ejemplo, aceite de silicona emulsionado o polidimetilsiloxano. En algunas realizaciones, los materiales auxiliares comprenden trimetoxisilano de vinilo y/o éter de polioxipropilen glicerol.
En la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102, el porcentaje en masa de los materiales auxiliares es preferiblemente del 1 al 10 %, más preferiblemente del 2 % al 8 %, por ejemplo, del 5 %.
En algunas realizaciones, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 comprende el 3 % de viniltrimetoxisilano y el 2 % de éter de polioxipropilen glicerol.
En algunas realizaciones, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 únicamente se puede disponer sobre una superficie individual de la capa conductora de metal 101. En estas realizaciones, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 tiene un espesor preferiblemente de 0,3 pm a 10 pm, es decir, d=0,3 pm-10 pm. La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que tiene un espesor dentro del intervalo anterior puede conducir a una resistencia interna relativamente pequeña del colector de corriente de electrodo positivo 10 y puede mejorar de manera eficaz el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico. Además, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que tiene un espesor dentro del intervalo anterior también ayuda a garantizar un volumen y peso relativamente pequeños del dispositivo electroquímico, de modo que el dispositivo electroquímico tenga una densidad de energía en volumen más alta y una densidad de energía en peso más alta. Además, d puede ser de 2 pm a 7 pm. Es más, d puede ser de 3 pm a 5 pm.
En algunas realizaciones, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se puede disponer sobre ambas superficies opuestas de la capa conductora de metal 101 en la dirección de su espesor. El espesor total de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 sobre ambas superficies de la capa conductora de metal 101 es de 0,5 pm a 18 pm. La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 tiene un espesor sobre cada superficie mayor de o igual a 0,25 pm, es decir, d1 + d2 = 0,5 pm ~ 18 pm, d1 > 0,25 pm y d2 > 0,25 pm. La capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que tiene un espesor dentro de los intervalos anteriores puede conducir a una resistencia interna relativamente pequeña del colector de corriente de electrodo positivo 10 y puede mejorar de manera eficaz el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico. Además, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que tiene un espesor dentro de los intervalos anteriores también ayuda a garantizar un volumen y peso relativamente pequeños del dispositivo electroquímico, de modo que el dispositivo electroquímico tenga una densidad de energía en volumen más alta y una densidad de energía en peso más alta.
En algunas realizaciones opcionales, 0,25 pm < d1 < 10 pm; 0,25 pm < d2 < 10 pm. Preferiblemente, 2 pm < d1 < 7 pm; 2 pm < d2 < 7 pm.
En algunas realizaciones preferidas, las capas de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que comprenden un material de activación de bloqueo de sobrecarga se disponen sobre todas las superficies de la capa conductora de metal 101 que requieren desechar la capa de material activo de electrodo positivo 20. Esto puede lograr una mayor repetibilidad y fiabilidad del efecto de bloqueo de corriente, al tiempo que mejorar adicionalmente el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
En las realizaciones de la presente solicitud, el espesor D de la capa conductora de metal 101 no está particularmente limitado y se puede determinar según los requisitos reales. Por ejemplo, D = 1 pm ~ 20 pm, tal como D = 8 pm ~ 15 pm.
En el colector de corriente de electrodo positivo 10 de la presente solicitud, la capa conductora de metal 101 puede ser una hoja de metal o una placa de metal con buenas propiedades mecánicas y de conductividad eléctrica. La capa conductora de metal 101 puede comprender uno o más de aluminio, aleación de aluminio, níquel, aleación de níquel, titanio, aleación de titanio, plata y aleación de plata y, preferiblemente, comprender uno o más de aluminio y aleación de aluminio. El porcentaje en peso del elemento de aluminio en la aleación de aluminio es, preferiblemente, del 80 % al 100 % y, más preferiblemente, del 90 % o más. La aleación de aluminio es, por ejemplo, aleación de aluminio y circonio.
En algunas realizaciones preferidas, la capa conductora de metal 101 puede ser una hoja de aluminio.
A continuación, las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un método para la preparación del colector de corriente de electrodo positivo 10, mediante el que se puede preparar uno cualquiera de los colectores de corriente de electrodo positivo 10 mencionados anteriormente. El método comprende una etapa S100 de preparación de una suspensión de capa de activación de bloqueo de sobrecarga y una etapa S200 de preparación de un colector de corriente.
La S100 comprende la dispersión de un material de activación de bloqueo de sobrecarga, un material aglutinante y un material conductor en un disolvente de acuerdo con una relación en peso preestablecida para formar una suspensión de capa de activación de bloqueo de sobrecarga uniforme.
En la etapa S100 de preparación de una suspensión de capa de activación de bloqueo de sobrecarga, el material de activación de bloqueo de sobrecarga, el material aglutinante y el material conductor pueden ser tal como se ha descrito anteriormente, por lo que no se repetirá en este caso. El disolvente es, por ejemplo, N-metilpirrolidona (NMP).
Los materiales auxiliares mencionados anteriormente también se pueden añadir a la suspensión de capa de activación de bloqueo de sobrecarga. Los materiales auxiliares pueden mejorar la compatibilidad del material de activación de bloqueo de sobrecarga, el material aglutinante y el material conductor entre sí y proporcionar un efecto antiespumante, mejorando, de este modo, la dispersión del material de activación de bloqueo de sobrecarga y el material conductor en el material aglutinante y formando una suspensión más estable. Los materiales auxiliares también pueden promover la dispersión completa de la suspensión sobre la superficie de la capa conductora de metal, mejorar la planitud de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga y reducir defectos, tales como picaduras en la capa. Se mejora el efecto protector global de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga, de modo que, cuando el dispositivo electroquímico se sobrecargue, el material de activación de bloqueo de sobrecarga responda en cualquier punto del colector de corriente de electrodo positivo, previniendo posibles peligros para la seguridad causados por fugas de electricidad. Además, el material de activación de bloqueo de sobrecarga y el material conductor se dispersan uniformemente en el material de unión, de modo que el material conductor forme una red conductora uniforme y continua, garantizando una resistencia relativamente pequeña de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga durante el proceso normal de carga y descarga y un rendimiento relativamente bueno del dispositivo electroquímico.
Se puede usar un mezclador para mezclar los materiales. Los materiales se mezclan uniformemente mediante agitación para formar una suspensión uniforme. El mezclador puede ser un mezclador conocido para el mezclado de materiales, tal como un mezclador planetario.
Además, se puede usar el método de desgasificación al vacío para eliminar las burbujas en la suspensión, mejorando, adicionalmente, la planitud de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga y reduciendo defectos, tales como picaduras en la capa.
La S200 comprende el recubrimiento de la superficie de la capa conductora de metal con la capa de activación de bloqueo de sobrecarga y el secado para formar una capa de activación de bloqueo de sobrecarga, a fin de proporcionar un colector de corriente de electrodo positivo.
En la etapa S200, se pueden usar métodos de recubrimiento conocidos en la técnica para recubrir suficientemente la superficie de la capa conductora de metal con la suspensión de capa de activación de bloqueo de sobrecarga. Por ejemplo, se puede obtener un recubrimiento con mayor uniformidad mediante el uso de un recubridor de huecograbado o microhuecograbado.
En la etapa S200, el secado puede ser secado al aire natural, secado por infrarrojos o calentamiento por chorro y secado a una temperatura de 40 °C a 120 °C. Por ejemplo, el secado se puede llevar a cabo con aire caliente a una temperatura de 60 °C a 80 °C.
Placa de electrodo positivo
Las realizaciones de la presente solicitud proporcionan una placa de electrodo positivo. La placa de electrodo positivo comprende el colector de corriente de electrodo positivo 10 según las realizaciones de la presente solicitud y una capa de material activo de electrodo positivo 20 dispuesta sobre el colector de corriente de electrodo positivo 10. Mediante el uso del colector de corriente de electrodo positivo 10 según las realizaciones de la presente solicitud, la placa de electrodo positivo tiene, por tanto, las ventajas correspondientes.
La placa de electrodo positivo de las realizaciones de la presente solicitud comprende un colector de corriente de electrodo positivo 10 y una capa de material activo de electrodo positivo 20 dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente de electrodo positivo 10.
En algunas realizaciones, con referencia a las Fig. 3 y 4, el colector de corriente de electrodo positivo 10 comprende dos superficies opuestas en la dirección de su espesor y la capa de material activo de electrodo positivo 20 se dispone sobre los lados de las dos superficies opuestas, en donde una capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se dispone entre la capa de material activo de electrodo positivo 20 sobre al menos un lado y la capa conductora de metal 101. Preferiblemente, tal como se muestra en la Fig.3, una capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se dispone entre cada una de las capas de material activo de electrodo positivo 20 sobre ambos lados y la capa conductora de metal 101. Aparentemente, en otras realizaciones, con referencia a la Fig. 5, la capa conductora de metal 101 del colector de corriente de electrodo positivo 10 puede comprender dos superficies opuestas en la dirección de su espesor, y una capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 se puede disponer sobre una cualquiera de las dos superficies opuestas y la capa de material activo de electrodo positivo 20 se puede disponer sobre la superficie de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que se orienta en dirección opuesta a la capa conductora de metal 101.
En algunas realizaciones, el área de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 es S1 y el área de la capa de material activo de electrodo positivo 102 dispuesta sobre la superficie de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 que se orienta en dirección opuesta a la capa conductora de metal 101 es S2, y la relación de área es preferiblemente de 0,8 < S1/S2 < 1, más preferiblemente de 0,98 < S1/S2 < 1 y más preferentemente de 0,99 < S1/S2 < 1. Cuanto mayor es el área cubierta por la capa de activación de bloqueo de sobrecarga 102 en la capa de material activo de electrodo positivo 102, más se puede mejorar el rendimiento de seguridad contra sobrecargas del dispositivo electroquímico.
La capa de material activo de electrodo positivo 20 comprende un material activo de electrodo positivo, que puede ser un material activo de electrodo positivo conocido capaz de intercalar/desintercalar de manera reversible iones activos en la técnica. El material activo de electrodo positivo no está limitado en la presente solicitud.
Por ejemplo, el material activo de electrodo positivo para baterías secundarias de iones de litio puede comprender uno o más óxidos de materiales compuestos de metales de transición de litio, óxidos de materiales compuestos obtenidos mediante la adición de otros metales de transición o metales que no son de transición o no metales en óxidos de materiales compuestos de metales de transición de litio. El metal de transición puede ser uno o más de Mn, Fe, Ni, Co, Cr, Ti, Zn, V, Al, Zr, Ce y Mg.
Como ejemplo, el material activo de electrodo positivo se puede seleccionar de uno o más de óxido de litio y cobalto, óxido de litio y níquel, óxido de litio y manganeso, óxido de litio, níquel y manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y manganeso, óxido de litio, níquel, cobalto y aluminio y fosfato contenido en Li con estructura de olivina; por ejemplo, uno o más de LiMn2O4 , LiNiO2 , LiCoO2 , LiNi1-yCoyO2 ( 0 < y < 1), LiNiaCobAh-a-bO2 ( 0 < a < 1,0 < b < 1,0 < a b < 1), LiMrn-m-nNimConO2 (0 < m < 1,0 < n < 1,0< m n < 1), LiMPO4 (m puede ser uno o más de Fe, Mn y Co) y Li3V2(PO4)3. LiMrn-m-nNimConO2 es, por ejemplo, LiMn0,1Ni0,8Co0,1O2 , LiMn0,3Ni0,5Co0,2O2 , LiMn0,2Ni0,6Co0,2O2 y LiMn1/3Nh«Co1/3O2. Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo positivo 20 puede comprender, además, un aglutinante. El tipo de aglutinante no está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. Por ejemplo, el aglutinante puede ser uno o más de caucho de estireno-butadieno (SBR), resina acrílica basada en agua, carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na), fluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en inglés) y polivinil butiral (PVB).
Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo positivo 20 comprende, además, un agente conductor. El tipo de agente conductor no está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. Como ejemplo, el agente conductor puede ser uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
La placa de electrodo positivo se puede preparar según métodos convencionales en la técnica. Como ejemplo, el material activo de electrodo positivo, el agente conductor y el aglutinante se dispersan en un disolvente para formar una suspensión de electrodo positivo uniforme. El disolvente es, por ejemplo, N-metilpirrolidona (NMP). A continuación, la suspensión de electrodo positivo se recubre sobre el colector de corriente de electrodo positivo 10. Después de los procedimientos, incluyendo el secado, el prensado en frío y similares, se obtiene una placa de electrodo positivo.
Dispositivo electroquímico
Las realizaciones de la presente solicitud también proporcionan un dispositivo electroquímico, que comprende la placa de electrodo positivo según las realizaciones de la presente solicitud, un separador y una placa de electrodo negativo.
Mediante el uso de la placa de electrodo positivo según las realizaciones de la presente solicitud, el dispositivo electroquímico de las realizaciones de la presente solicitud tiene, por tanto, también las correspondientes ventajas, tales como un rendimiento de seguridad contra sobrecargas relativamente alto, más preferiblemente, que comprende, además, otras ventajas, tales como las descritas anteriormente.
El dispositivo electroquímico puede ser un núcleo desnudo o una batería que contenga un núcleo desnudo y un electrolito. La batería es, por ejemplo, una batería secundaria (tal como una batería secundaria de iones de litio, una batería de iones de sodio y una batería de iones de magnesio) y una batería primaria (tal como una batería primaria de litio), pero no se limita a las mismas.
El núcleo desnudo puede ser una estructura laminada formada mediante el apilamiento de una placa de electrodo positivo, un separador y una placa de electrodo negativo en orden o puede ser una estructura enrollada obtenida mediante el apilamiento de una placa de electrodo positivo, un separador y una placa de electrodo negativo en orden y el enrollado de la pila. El separador se localiza entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para el aislamiento.
En el núcleo desnudo, la placa de electrodo negativo puede comprender un colector de corriente de electrodo negativo y una capa de material activo de electrodo negativo dispuesta sobre al menos una superficie del colector de corriente de electrodo negativo. Por ejemplo, la capa de material activo de electrodo negativo se dispone sobre una o ambas de las dos superficies opuestas del colector de corriente de electrodo negativo en la dirección del espesor del colector de corriente de electrodo negativo.
La capa de material activo de electrodo negativo puede ser un material activo de electrodo negativo conocido capaz de intercalar/desintercalar de manera reversible iones activos en la técnica. El material activo de electrodo negativo no está limitado en la presente solicitud.
Por ejemplo, el material activo de electrodo negativo usado para una batería secundaria de iones de litio puede comprender uno o más de litio metálico, grafito natural, grafito artificial, microcarbono de mesofase (abreviado como MCMB, por sus siglas en inglés), carbono duro, carbono blando, silicio, compuesto de silicio-carbono, SiOx (0 < x < 2), aleación de Li-Sn, aleación de Li-Sn-O, Sn, SnO, SnO2, titanato de litio con estructura de columna vertebral y aleación de Li-Al.
Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo negativo comprende, además, un aglutinante. El tipo de aglutinante no está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. Por ejemplo, el aglutinante puede ser uno o más de caucho de estireno-butadieno (SBR), resina acrílica basada en agua, carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na), fluoruro de polivinilideno (PVDF), politetrafluoroetileno (PTFE), copolímero de etileno-acetato de vinilo (EVA), alcohol polivinílico (PVA, por sus siglas en inglés) y polivinil butiral (PVB).
Opcionalmente, la capa de material activo de electrodo negativo comprende, además, un agente conductor. El tipo de agente conductor no está limitado en las realizaciones de la presente solicitud. Como ejemplo, el agente conductor puede ser uno o más de grafito, carbono superconductor, negro de acetileno, negro de carbono, negro Ketjen, puntos de carbono, nanotubos de carbono, grafeno y nanofibras de carbono.
La placa de electrodo negativo se puede preparar según métodos convencionales en la técnica. Como ejemplo, el material activo de electrodo negativo, el agente conductor y el aglutinante se dispersan en un disolvente para formar una suspensión de electrodo negativo uniforme. El disolvente es, por ejemplo, agua desionizada. A continuación, la suspensión de electrodo negativo se recubre sobre el colector de corriente de electrodo negativo. Después de los procedimientos, incluyendo el secado, el prensado en frío y similares, se obtiene una placa de electrodo negativo.
El tipo de separador no está particularmente limitado. El separador puede ser cualquier separador estructural poroso bien conocido usado para un dispositivo electroquímico, por ejemplo, una o más películas de material compuesto de una capa individual o múltiples capas de separador de fibra de vidrio, separador de tejido no tejido, separador de polietileno, separador de polipropileno y separador de fluoruro de polivinilideno, pero no se limita a las mismas.
En la batería, el electrolito puede ser un electrolito sólido o un electrolito no acuoso. No existen restricciones específicas sobre sus tipos y se pueden seleccionar según los requisitos.
Como ejemplo, un electrolito no acuoso comprende un disolvente orgánico y una sal de electrolito.
Por ejemplo, el disolvente orgánico usado en la batería secundaria de iones de litio se puede seleccionar de uno o más de carbonato de etileno (CE), carbonato de propileno (CP), carbonato de etil metilo (CEM), carbonato de dietilo (CDE), carbonato de dimetilo (CDM), carbonato de dipropilo (CDP), carbonato de metil propilo (CMP), carbonato de etil propilo (CEP), carbonato de butileno (CB), carbonato de fluoroetileno (CFE), formiato de metilo (FM), acetato de metilo (AM), acetato de etilo (AE), acetato de propilo (AP), propionato de metilo (PM), propionato de etilo (PE), propionato de propilo (PP), butirato de metilo (Bm ), butirato de etilo (BE), 1,4-butirolactona (GBL), sulfolano (SF), dimetilsulfona (MSM), metiletilsulfona (EMS) y dietilsulfona (ESE), pero no se limita a los mismos.
Por ejemplo, la sal de electrolito usada en la batería secundaria de iones de litio se puede seleccionar de uno o más de LiPF6 (hexafluorofosfato de litio), LÍBF4 (tetrafluoroborato de litio), LÍCIO4 (perclorato de litio), LiAsF6 (hexafluoroarseniato de litio), LiFSI (bis(fluorosulfonil)imida de litio), LiTFSI (bis(trifluorometilsulfonil)imida de litio), LiTFS (trifluorometanosulfonato de litio), LiDFOB (difluoro(oxalato)borato de litio), LiBOB (bis(oxalato)borato de litio), LiPO2 F2 (difluorofosfato de litio), LiDFOP (difluorobis(oxalato)fosfato de litio) y LiTFOP (tetrafluorooxalatofosfato de litio), pero no se limita a los mismos.
El electrolito no acuoso también puede incluir, opcionalmente, aditivos que mejoran el rendimiento de la batería. No existe una limitación específica sobre el tipo de aditivos, que se pueden seleccionar según los requisitos.
El núcleo se puede preparar según los métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, la placa de electrodo positivo, el separador y la placa de electrodo negativo se laminan en orden, de modo que la película de separador se localice entre la placa de electrodo positivo y la placa de electrodo negativo para el aislamiento, a fin de proporcionar un núcleo. También se puede enrollar más para proporcionar un núcleo.
La batería se puede preparar según los métodos conocidos en la técnica. Por ejemplo, el núcleo se coloca en el paquete externo y se inyecta electrolito no acuoso. Después del sellado, se obtiene una batería.
La presente solicitud no tiene ninguna limitación particular sobre la forma del dispositivo electroquímico, que pueden ser formas cilíndricas, cuadradas o arbitrarias de otro tipo. En algunas realizaciones, tal como se muestra en la Fig. 6, el dispositivo electroquímico es una batería secundaria 5 de estructura cuadrada.
En algunas realizaciones, la batería secundaria 5 puede comprender un paquete externo. El paquete externo se usa para encapsular el núcleo y el electrolito.
En algunas realizaciones, el paquete externo de la batería secundaria 5 puede ser una cubierta dura, tal como una cubierta de plástico duro, una cubierta de aluminio y una cubierta de acero. El paquete externo de la batería secundaria 5 también puede ser un paquete blando, por ejemplo, una bolsa. El material del paquete blando puede ser de plástico, por ejemplo, comprender uno o más de polipropileno, PP, tereftalato de polibutileno, PBT, por sus siglas en inglés, y succinato de polibutileno, PBS, por sus siglas en inglés.
En algunas realizaciones, con referencia a la Fig. 7, el paquete externo puede comprender una carcasa 51 y una placa de cubierta 53. La carcasa 51 puede comprender una placa inferior y una placa lateral conectadas a la placa inferior y la placa inferior y la placa lateral encierran una cavidad receptora. La carcasa 51 tiene una abertura que comunica con la cavidad receptora y la placa de cubierta 53 puede cubrir la abertura para cerrar la cavidad receptora. La placa de electrodo positivo, una placa de electrodo negativo y un separador se pueden formar en un núcleo 52 a través de un proceso de laminación o un proceso de enrollado. El núcleo 52 se empaqueta en la cavidad receptora. El electrolito, que puede ser una solución electrolítica, se infiltra en el núcleo 52.
El número de núcleos 52 contenidos en la batería secundaria 5 puede ser uno o más, que se puede ajustar según los requisitos.
En algunas realizaciones, la batería secundaria se puede ensamblar en un módulo de batería. El número de baterías secundarias contenidas en el módulo de batería puede ser múltiple y el número específico se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del módulo de batería.
La Fig. 8 es un módulo de batería 4 como ejemplo. Con referencia a la Fig. 8, en el módulo de batería 4, una pluralidad de baterías secundarias 5 se puede disponer en secuencia a lo largo de la dirección longitudinal del módulo de batería 4. Aparentemente, esta también se puede disponer de cualquier otra manera. Además, la pluralidad de baterías secundarias 5 se puede fijar mediante sujetadores.
Opcionalmente, el módulo de batería 4 puede comprender, además, una carcasa con un espacio receptor y una pluralidad de baterías secundarias 5 se aloja en el espacio receptor.
En algunas realizaciones, el módulo de batería mencionado anteriormente también se puede ensamblar en un paquete de batería. El número de módulos de batería contenidos en el paquete de baterías se puede ajustar según la aplicación y la capacidad del paquete de baterías.
Las Fig. 9 y 10 son el paquete de baterías 1 como ejemplo. Con referencia a las Fig. 9 y 10, el paquete de baterías 1 puede comprender una caja de baterías y una pluralidad de módulos de batería 4 proporcionados en la caja de baterías. La caja de baterías comprende una caja superior 2 y una caja inferior 3. La caja superior 2 se puede cubrir sobre la caja inferior 3 para formar un espacio cerrado para el alojamiento de los módulos de batería 4. La pluralidad de módulos de batería 4 se puede disponer en el estuche de baterías de cualquier manera.
Equipo eléctrico
Las realizaciones de la presente solicitud proporcionan un equipo eléctrico, que comprende el dispositivo electroquímico, tal como se describe en la presente solicitud. El dispositivo electroquímico se puede usar como fuente de polvo del equipo eléctrico y también se puede usar como unidad de almacenamiento de energía del equipo eléctrico. El equipo eléctrico puede ser, pero sin limitación, un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil o un ordenador portátil), un vehículo eléctrico (por ejemplo, un vehículo totalmente eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable, una bicicleta eléctrica, un patinete eléctrico, un vehículo de golf eléctrico o un camión eléctrico), un tren eléctrico, un barco, un satélite, un sistema de almacenamiento de energía y similares. El dispositivo electroquímico, por ejemplo, una batería primaria, una batería secundaria, un módulo de batería o un paquete de baterías, se puede seleccionar según los requisitos para el uso del equipo eléctrico.
La Fig. 11 muestra un ejemplo de equipo eléctrico. El equipo eléctrico es un vehículo totalmente eléctrico, un vehículo eléctrico híbrido, un vehículo eléctrico híbrido enchufable o similares. A fin de cumplir con los requisitos del equipo eléctrico respecto a alta potencia y alta densidad de energía de un dispositivo electroquímico, se puede usar una batería o un módulo de batería.
En otro ejemplo, el equipo eléctrico puede ser un teléfono móvil, una tableta, un ordenador portátil o similares. El equipo eléctrico, generalmente, requiere ligereza y delgadez y se puede usar una batería secundaria como fuente de alimentación.
Ejemplos
Los siguientes Ejemplos están destinados a describir más específicamente el contenido de la presente solicitud y están destinados a ser únicamente ilustrativos, debido a que diversas modificaciones y cambios en el alcance de la presente descripción resultarán evidentes para los expertos en la técnica. Todas las partes, los porcentajes y las relaciones indicadas en los siguientes Ejemplos son en peso, a menos que se indique de otro modo, y todos los reactivos usados en los Ejemplos están disponibles en el mercado o se obtienen sintéticamente mediante métodos convencionales y se usan directamente sin procesamiento adicional y los instrumentos usados en los Ejemplos están disponibles en el mercado.
Ejemplo 1
Preparación del colector de corriente de electrodo positivo
Preparación de una suspensión para una capa de activación de bloqueo de sobrecarga: 53 partes en peso de fluoruro de polivinilideno (PVDF), 7 partes de negro de carbono conductor (Super-P), 38 partes en peso de pentaacetato de glucosa y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol se colocaron en un tanque con agitación planetario. A continuación, se añadieron 900 partes en peso de N-metilpirrolidona (NMP) como disolvente dispersante. Después de la agitación rápida durante 5 horas, se formó una suspensión uniforme y estable.
Preparación del colector de corriente de electrodo positivo: la suspensión uniforme y estable se aspiró para retirar las burbujas y, a continuación, se aplicó sobre superficies de la capa conductora de metal de la hoja de aluminio sobre ambos lados con un recubridor de huecograbado o microhuecograbado. Después de la cocción y el secado, se formó una capa de activación de bloqueo de sobrecarga uniforme y densa, produciendo un colector de corriente de electrodo positivo. La capa conductora de metal de la hoja de aluminio tenía un espesor de 12 pm y la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre un lado individual tenía un espesor de 3 pm.
Preparación de la placa de electrodo positivo
Un material activo de electrodo positivo LiNi0,8Co0 ,1Mn0 ,1O2 , un agente conductor Super-P y un aglutinante PVDF se dispersaron en una relación en peso de 95:2:3 en un disolvente NMP, a fin de obtener una mezcla. Después de la agitación y el mezclado a fondo, se obtuvo una suspensión de electrodo positivo. La suspensión de electrodo positivo se recubrió sobre dos superficies opuestas del colector de corriente de electrodo positivo. Se obtuvo una placa de electrodo positivo mediante secado y prensado en frío. Sobre un lado individual de la capa conductora de metal, la relación S1/S2 del área de superficie S1 de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga respecto al área de superficie S1 de la capa de material activo de electrodo positivo fue de 1. La cobertura de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre la capa de material activo de electrodo positivo fue del 100 %.
Preparación de la placa de electrodo negativo
Un grafito artificial de material activo de electrodo negativo, un agente conductor Super-P, un aglutinante de caucho de estireno-butadieno (SBR) y carboximetilcelulosa sódica (CMC-Na) se dispersaron en una relación en peso de 93:3:2:2 en agua desionizada como disolvente, a fin de obtener una mezcla. Después de la agitación y el mezclado uniformes, se obtuvo una suspensión de electrodo negativo. A continuación, la suspensión de electrodo negativo se recubrió sobre dos superficies opuestas del colector de corriente de electrodo negativo de la hoja de cobre. Se obtuvo una placa de electrodo negativo mediante secado y prensado en frío.
Preparación del electrolito
Se mezclaron uniformemente carbonato de etileno (CE), carbonato de propileno (CP) y carbonato de dimetilo (CDM) en una relación en masa de 1:1:1 para obtener un disolvente orgánico. A continuación, se disolvió sal de litio LiPF6 en el disolvente orgánico anterior. Después del mezclado uniforme, se obtuvo un electrolito que tenía una concentración de LiPF6 de 1 mol/l.
Preparación de la batería secundaria de iones de litio
La placa de electrodo positivo, un separador de polietileno poroso y la placa de electrodo negativo se apilaron en orden y, a continuación, se enrollaron para obtener un núcleo desnudo. El núcleo desnudo se colocó en un paquete externo. Se inyectó el electrolito. Después del empaquetado, se obtuvo una batería secundaria de iones de litio.
Ejemplo 2
El Ejemplo 2 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 34 partes en peso de glucosa-1,6-di(fosfato de etilo) como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 53 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de negro de carbono conductor (Super-P) y 1 parte en peso de nanotubos de carbono (NTC) como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 3
El Ejemplo 3 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 37 partes en peso de glucosa-1,6-di(fosfato de metilo) como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 52 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 5 partes en peso de Super-P y 1 parte en peso de NTC como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 4
El Ejemplo 4 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 36 partes en peso de acetato de p-ciclodextrina como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 52 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de Super-P como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 5
El Ejemplo 5 fue diferente del Ejemplo 4 en que: la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre cada lado individual tiene un espesor de 2 gm.
Ejemplo 6
El Ejemplo 6 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 36 partes en peso de carbonato de p-ciclodextrina como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 52 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de Super-P como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 7
El Ejemplo 7 fue diferente del Ejemplo 6 en que: la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre cada lado individual tiene un espesor de 5 gm.
Ejemplo 8
El Ejemplo 8 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 36 partes en peso de fosfato de p-ciclodextrina como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 52 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de Super-P como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 9
El Ejemplo 9 fue diferente del Ejemplo 8 en que: la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre cada lado individual tiene un espesor de 7 gm.
Ejemplo 10
El Ejemplo 10 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 50 partes en peso de SBR como aglutinante; se usaron 10 partes en peso de Super-P como agente conductor; se usaron 5 partes en peso de CMC-Na como material auxiliar; y se usó agua desionizada como disolvente para la dispersión.
Ejemplo 11
El Ejemplo 11 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de quitosano como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 50 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 10 partes en peso de Super-P como agente conductor; se usaron 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 12
El Ejemplo 12 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 40 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 50 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 8 partes en peso de Super-P y 2 parte en peso de NTC como agente conductor; no se usó ningún material auxiliar.
Ejemplo 13
El Ejemplo 13 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 53 partes en peso de PAA como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de Super-P como agente conductor; se usaron 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar; se usó agua desionizada como disolvente para la dispersión; y, sobre un lado individual de la capa conductora de metal, la relación S1/S2 del área de superficie S1 de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga respecto al área de superficie S1 de la capa de material activo de electrodo positivo fue del 98 %.
Ejemplo 14
El Ejemplo 14 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 53 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 5 partes en peso de Super-P y 2 parte en peso de NTC como agente conductor; se usaron 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar; y la capa de activación de bloqueo de sobrecarga sobre cada lado individual tiene un espesor de 0,5 pm.
Ejemplo 15
El Ejemplo 15 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 53 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 7 partes en peso de Super-P como agente conductor; y 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar.
Ejemplo 16
El Ejemplo 16 fue diferente del Ejemplo 5 en que: la suspensión para la capa de activación de bloqueo de sobrecarga se aplicó sobre la superficie de una capa conductora de metal de la hoja de aluminio sobre un lado individual y, después de la cocción y el secado, se formó una capa de activación de bloqueo de sobrecarga uniforme y densa, produciendo un colector de corriente de electrodo positivo; la capa conductora de metal de la hoja de aluminio tenía un espesor de 12 pm y la capa de activación de bloqueo de sobrecarga tenía un espesor de 10 pm.
Ejemplo 17
El Ejemplo 17 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usaron 35 partes en peso de carbonato de metilo de celulosa como material de activación de bloqueo de sobrecarga; se usaron 53 partes en peso de PVDF como aglutinante; se usaron 5 partes en peso de Super-P y 2 parte en peso de NTC como agente conductor; se usaron 3 partes en peso de viniltrimetoxisilano y 2 partes en peso de éter de polioxipropilen glicerol como material auxiliar; y se usó LiCoÜ2 como material activo de electrodo positivo.
Ejemplo comparativo 1
El Ejemplo comparativo 1 fue diferente del Ejemplo 1 en que: se usó una hoja de aluminio que tenía un espesor de 12 pm como colector de corriente de electrodo positivo, sin una capa de activación de bloqueo de sobrecarga.
Ejemplo comparativo 2
El Ejemplo comparativo 2 fue diferente del Ejemplo 1 en que: un colector de corriente de electrodo positivo comprende una capa conductora de una hoja de aluminio que tiene un espesor de 12 pm y recubrimientos dispuestos sobre las dos superficies opuestas de la capa conductora de la hoja de aluminio; y la suspensión para recubrimientos se preparó de la siguiente manera: 5 partes en peso de CMC-Na, 85 partes en peso de SBR y 10 partes en peso de Super-P se colocaron en un tanque con agitación planetario,, a continuación, se añadieron 900 partes en peso de agua desionizada como disolvente dispersante y, después de la agitación rápida durante 5 horas, se formó una suspensión uniforme y estable. Las demás etapas fueron las mismas que las del Ejemplo 1.
Ejemplo comparativo 3
El Ejemplo comparativo 3 fue diferente del Ejemplo 1 en que: un colector de corriente de electrodo positivo comprende una capa conductora de una hoja de aluminio que tiene un espesor de 12 pm y recubrimientos dispuestos sobre las dos superficies opuestas de la capa conductora de la hoja de aluminio; y la suspensión para recubrimientos se preparó de la siguiente manera: 90 partes en peso de PAA y 10 partes en peso de SBR se colocaron en un tanque con agitación planetario, a continuación, se añadieron 900 partes en peso de agua desionizada como disolvente dispersante y, después de la agitación rápida durante 5 horas, se formó una suspensión uniforme y estable. Las demás etapas fueron las mismas que las del Ejemplo 1.
Ejemplo comparativo 4
El Ejemplo comparativo 4 fue diferente del Ejemplo 1 en que: un colector de corriente de electrodo positivo comprende una capa conductora de una hoja de aluminio que tiene un espesor de 12 gm y recubrimientos dispuestos sobre las dos superficies opuestas de la capa conductora de la hoja de aluminio; y la suspensión para recubrimientos se preparó de la siguiente manera: 90 partes en peso de PVDF y 10 partes en peso de Super-P se colocaron en un tanque con agitación planetario, a continuación, se añadieron 900 partes en peso de NMP como disolvente dispersante y, después de la agitación rápida durante 5 horas, se formó una suspensión uniforme y estable. Las demás etapas fueron las mismas que las del Ejemplo 1.
Ejemplo comparativo 5
El Ejemplo comparativo 5 fue diferente del Ejemplo 17 en que: se usó una hoja de aluminio que tenía un espesor de 12 gm como colector de corriente de electrodo positivo, sin una capa de activación de bloqueo de sobrecarga.
Ejemplo comparativo 6
El Ejemplo comparativo 6 fue diferente del Ejemplo 17 en que: un colector de corriente de electrodo positivo comprende una capa conductora de una hoja de aluminio que tiene un espesor de 12 gm y recubrimientos dispuestos sobre las dos superficies opuestas de la capa conductora de la hoja de aluminio; y la suspensión para recubrimientos se preparó de la siguiente manera: 90 partes en peso de PVDF y 10 partes en peso de Super-P se colocaron en un tanque con agitación planetario, a continuación, se añadieron 900 partes en peso de NMP como disolvente dispersante y, después de la agitación rápida durante 5 horas, se formó una suspensión uniforme y estable. Las demás etapas fueron las mismas que las del Ejemplo 14.
Sección de prueba
(1) Prueba de rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería secundaria de iones de litio
A 25±2 °C, la batería secundaria de iones de litio se cargó a una tasa de corriente constante de 0,1C a 4,25 V y, a continuación, se cargó a una tensión constante a una corriente de 0,05C y se dejó durante 30 minutos. A continuación, la batería se fijó con una abrazadera y se colocó en un equipo de pruebas de seguridad contra sobrecargas. A la temperatura ambiente controlada a 25±2 °C, la batería se dejó durante 5 minutos. A continuación, la batería completamente cargada se cargó a una tasa de corriente constante de 1C. Se registraron los cambios de tensión y temperatura en tiempo real para cada batería, hasta que la batería se incendió o explotó o se detuvo la etapa de carga. En cada uno de los Ejemplos y Ejemplos comparativos, se tomaron 10 baterías para las pruebas. Si una batería no se incendiaba ni explotaba, la batería superaba la prueba; de lo contrario, no superaba la prueba.
(2) Prueba de rendimiento del ciclo de la batería secundaria de iones de litio
A 25±2 °C, la batería secundaria de iones de litio se cargó a una tasa de corriente constante de 0,1C a 4,25 V y, a continuación, se cargó a una tensión constante a una corriente de 0,05C, y se dejó durante 5 minutos y, a continuación, se descargó a una corriente constante de 1C hasta que se alcanzó una tensión de 2,8. Esto se consideró como un proceso de ciclo de carga/descarga y la capacidad de descarga obtenida en este momento fue la capacidad de descarga en el primer ciclo. La batería secundaria de iones de litio se sometió a una prueba de carga/descarga según el método anterior durante 100 ciclos, a fin de registrar los valores de capacidad de descarga para cada ciclo.
T asa de retención de capacidad (%) = (la capacidad de descarga en el ciclo 100/la capacidad de descarga de la batería de iones de litio en el primer ciclo) x 100 %.
Los resultados de las pruebas de los Ejemplos 1-17 y los Ejemplos comparativos 1-6 se muestran en la Tabla 1, a continuación.
Tabla 1
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La Fig. 13 es un gráfico de tensión-temperatura-tiempo de la batería secundaria de iones de litio del Ejemplo comparativo 1. Cuando se sobrecargó la batería del Ejemplo comparativo 1, la temperatura de la batería aumentó bruscamente y la batería falló debido a un desbordamiento térmico, provocando un incendio y una explosión y, por tanto, riesgos para la seguridad. La Fig. 12 es un gráfico de tensión-temperatura-tiempo de la batería secundaria de iones de litio del Ejemplo 1. Cuando la batería del Ejemplo 1 se sobrecargó, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga respondió rápidamente e interrumpió la corriente de carga externa y suprimió el aumento de la temperatura de la batería, mejorando, de este modo, significativamente el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería. A partir de la comparación entre la Fig. 12 y la Fig. 13, se puede observar que el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería secundaria de iones de litio se mejora significativamente mediante la disposición de una capa de activación de bloqueo de sobrecarga en el colector de corriente de electrodo positivo.
A partir de las comparaciones de los Ejemplos 1 -16 con los Ejemplos comparativos 1 -4, así como del Ejemplo 17 con los Ejemplos comparativos 5-6 en la Tabla 1, se puede observar que, en caso de que una batería se sobrecargue, la capa de activación de bloqueo de sobrecarga puede interrumpir la corriente de carga externa a tiempo mediante la disposición de una capa de activación de bloqueo de sobrecarga en el colector de corriente de electrodo positivo, de modo que el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería se mejore significativamente; además, el rendimiento del ciclo de la batería secundaria de iones de litio que se carga y descarga en circunstancias normales no se ve influenciado significativamente, de modo que se mantiene una tasa de retención de capacidad relativamente alta.
A partir de los resultados de los Ejemplos 12, así como de los Ejemplos 13 y 15, se puede observar que, adicionalmente, mediante la adición de material auxiliar, el rendimiento de seguridad contra sobrecargas de la batería se puede mejorar mejor mediante la capa de activación de bloqueo de sobrecarga.
Las descripciones mencionadas anteriormente únicamente muestran implementaciones particulares de la presente solicitud y, sin embargo, no están destinadas a limitar el alcance de protección de la presente solicitud. Cualquier modificación o reemplazo equivalente fácilmente deducido por un experto en la técnica dentro del alcance técnico descrito en la presente solicitud se encontrará dentro del alcance de protección de la presente solicitud. Por lo tanto, el alcance de protección de la presente solicitud estará determinado por el alcance de protección de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Un colector de corriente de electrodo positivo (10), que comprende:
una capa conductora de metal (101);
una capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) dispuesta sobre una superficie de la capa conductora de metal (101), comprendiendo la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) un material de activación de bloqueo de sobrecarga, un material aglutinante y un material conductor, en donde el material de activación de bloqueo de sobrecarga comprende un sacárido esterificado,
en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102), el porcentaje en masa del material de activación de bloqueo de sobrecarga es del 25 % al 45 %, el porcentaje en masa del material aglutinante es del 35 % al 60 % y el porcentaje en masa del material conductor es del 6 % al 20 %; y
cuando la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) se dispone sobre una superficie individual de la capa conductora de metal (101), la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) tiene un espesor de 0,3 pm a 10 pm; o
cuando la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) se dispone sobre ambas superficies opuestas de la capa conductora de metal (101), el espesor total de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) sobre ambas superficies de la capa conductora de metal (101) es de 0,5 pm a 18 pm y la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) tiene un espesor sobre cada superficie mayor de o igual a 0,25 pm.
2. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según la reivindicación 1, en donde el sacárido esterificado tiene un grupo éster en el anillo de sacárido.
3. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según la reivindicación 1 o 2, en donde el sacárido esterificado es uno o más de sacárido esterificado monoesterificado y sacárido poliesterificado, obtenido mediante el reemplazo de uno o más átomos de hidrógeno de partes o la totalidad de los grupos hidroxilo en el sacárido con un grupo acilo; el sacárido comprende preferiblemente uno o más de monosacáridos, oligosacáridos y polisacáridos, aminoazúcares, alcoholes de azúcar, desoxiazúcares y ácidos urónicos, más preferiblemente comprende uno o más de glucosa, celulosa, quitosano y ciclodextrina;
el grupo acilo preferiblemente comprende uno o más de los grupos acilo representados mediante la Fórmula 1 a la Fórmula 6:
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(Fórmula 4) (Fórmula 5) (Fórmula 6) en donde R1, R2 , R3 , R4 , R5 , R6 y R7 son independientemente un átomo de hidrógeno, grupo alifático insaturado, grupo alifático saturado o grupo aromático, R8 es -(CFÍ2)n- y 0 < n < 8.
4. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el sacárido esterificado comprende uno o más de pentaacetato de glucosa, glucosa-1,6-di(fosfato de etilo), glucosa-1,6-di(carbonato de metilo), acetato de p-ciclodextrina, carbonato de p-ciclodextrina, fosfato de p-ciclodextrina, carbonato de metilo de celulosa, carbonato de etilo de celulosa, fosfato de metilo de celulosa, fosfato de etilo de celulosa, carbonato de metilo de quitosano, carbonato de etilo de quitosano, fosfato de metilo de quitosano y fosfato de etilo de quitosano.
5. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102), el porcentaje en masa del material de activación de bloqueo de sobrecarga es del 30 % al 40 %, el porcentaje en masa del material aglutinante es del 45 % al 55 % y el porcentaje en masa del material conductor es del 6 % al 10 %.
6. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) comprende, además, materiales auxiliares que comprenden uno o más de carboximetilcelulosa sódica, agentes de acoplamiento de silano, agentes de acoplamiento de titanato, organopolisiloxanos, complejo de éster de ácido graso de alcohol superior, éter de polioxietilen polioxipropilen pentaeritritol, éter de polioxietilen polioxipropanol amina, éter de polioxipropilen glicerol y éter de polioxipropilen polioxietilen glicerol.
7. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según la reivindicación 6, en donde, en la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102), el porcentaje en masa de los materiales auxiliares es del 1 al 10 %, preferiblemente del 2 % al 8 %.
8. El colector de corriente de electrodo positivo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el aglutinante comprende uno o más de fluoruro de polivinilideno, copolímero de fluoruro de vinilidenohexafluoropropileno, poliuretano, poliacrilonitrilo, poliimida, resina de epoxi, resina de silicona orgánica, copolímero de etileno-acetato de vinilo, caucho de estireno-butadieno, caucho de estireno-acrílico, ácido poliacrílico, copolímero de ácido acrílico-acrilato y copolímero de etileno-acrilato; y/o
el material conductor comprende uno o más de materiales conductores de metal, materiales conductores basados en carbono y materiales de polímeros conductores; y los materiales conductores de metal comprenden preferiblemente uno o más de aluminio, aleación de aluminio, cobre, aleación de cobre, níquel, aleación de níquel, titanio y plata; los materiales conductores basados en carbono comprenden preferiblemente uno o más de negro Ketjen, microesferas de carbono de mesofase, carbono activado, grafito, negro de carbono conductor, negro de acetileno, fibra de carbono, nanotubos de carbono y grafeno; los materiales de polímeros conductores comprenden preferiblemente uno o más de nitruros de poliazufre, polímeros conjugados alifáticos, polímeros conjugados de anillos aromáticos y polímeros conjugados heterocíclicos aromáticos.
9. Una placa de electrodo positivo, que comprende:
el colector de corriente de electrodo positivo (10) según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8; y
una capa de material activo de electrodo positivo (20) dispuesta sobre la superficie de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) del colector de corriente de electrodo positivo (10) que se orienta en la dirección opuesta a la capa conductora de metal (101).
10. La placa de electrodo positivo según la reivindicación 9, en donde la relación del área de superficie de la capa de activación de bloqueo de sobrecarga (102) respecto al área de superficie de la capa de material activo de electrodo positivo (20) sobre la misma superficie de la capa conductora de metal (101) es del 80 % al 100 %, preferiblemente del 98 % al 100 %.
11. Un dispositivo electroquímico, que comprende la placa de electrodo positivo según la reivindicación 9 o 10, una placa de electrodo negativo y un separador.
12. Un equipo eléctrico, que comprende el dispositivo electroquímico según la reivindicación 11.
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